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UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A
DISTANCIA
FACULTAD DE CIENCIAS
MÁSTER EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA QUÍMICA
TRABAJO DE FIN DE MÁSTER
MÓDULO QUÍMICA ORGÁNICA
REACCIONES CLICK:
SÍNTESIS DE FÁRMACOS PARA EL TRATAMIENTO
DEL CÁNCER DE MAMA
Autor: Laura Cieza Villafañe
Tutora: María de los Ángeles Farrán Morales
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA Y BIO-ORGÁNICA
Septiembre 2015
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
Abreviaturas utilizadas en este trabajo
ADN Ácido desoxirribonucleico
ATP Adenosin trifosfato
AR Receptor de la adenosina
ARN Ácido ribonucleico
Arg Arginina (aminoácido)
Asn Asparagina (aminoácido)
Asp Ácido aspártico (aminoácido)
BRCA1 Breast Cancer 1 (Genes humanos que producen proteínas supresoras de tumores)
BRCA2 Breast Cancer 2 (Genes humanos que producen proteínas supresoras de tumores)
CC Click Chemistry (Química click)
CuAAC Cicloadición azida-alqueno catalizada con Cu
DOPE 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfoetanolamina
EGFR Receptor de factor de crecimiento epidérmico
ER Estrogen Receptors (Receptores de estrógenos)
FBDD Fragment Based Drug Discovery (Descubrimiento de fármacos basados en fragmentos)
FDA Food and Drug Administration (Agencia del gobierno de los Estados Unidos responsable
de la regulación de alimentos y los medicamentos)
FdUMP Fluorodeoxyuridine monophosphate (Monofosfato de 6-Fluorodesoxiuridina)
Gly Glicina (aminoácido)
GPCR G Protein Coupled Receptor (Receptor acoplado a la proteína G)
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
HER2 Human Epidermal growth factor Receptor (Receptores Humanos epidérmicos de
crecimiento)
HTS High Throughput Screening (Cribado de alto rendimiento)
HU Hidroxiurea
MTIC 5-(-3-metiltriacen-1-il)imidazol-4-carboxamida
MS Espectrometría de masas
NIPAM N-isopropilacrilamida
PAMAM Poli-amidoamina
PDMA Poli(N,N-dimetilacrilamida)
PEG Polietilenglicol
PPI Polipropilenimina
PR Progesterone Receptors (Receptores de progesterona)
PTM Post-Traslational Modification (Modificación post-traslacional)
PTP Protein Tyrosine Phosphatase (Tirosina fosfatasa)
RAFT Reversible Addition Fragmentation Transfer (Cadena de transferencia reversible adición-
fragmentación)
RMN Resonancia Magnética Nuclear
TIMP Ácido tioinosínico
TS Timidilato sintasa
UTP Uridine Triphosphate (Trifosfato de uridina)
UV Ultravioleta
XAC Xantina Amina Congénere
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
Índice
1. Introducción a los fármacos para el tratamiento de cáncer de mama ........................................ 6
1.1. Clasificación fármacos ....................................................................................................... 9
1.1.1. Antimetabolitos .............................................................................................................. 9
1.1.2. Antibióticos .................................................................................................................. 10
1.1.3. Agentes alquilantes ..................................................................................................... 11
1.1.4. Inhibidores de la topoisomerasas ii ............................................................................. 12
1.1.5. Inhibidores de la mitosis .............................................................................................. 13
1.1.6. Corticoesteroides ........................................................................................................ 14
1.1.7. Fármacos para terapias dirigidas ................................................................................ 15
1.2. Mecanismos de acción .................................................................................................... 19
1.2.1. Antimetabolitos ............................................................................................................ 19
1.2.2. Antibióticos .................................................................................................................. 21
1.2.3. Agentes alquilantes ..................................................................................................... 21
1.2.4. Inhibidores de la topoisomerasa II .............................................................................. 22
1.2.5. Inhibidores de la mitosis .............................................................................................. 22
1.2.6. Corticoesteroides ........................................................................................................ 22
1.2.7. Fármacos para terapias dirigidas ................................................................................ 23
2. Reacciones click: mecanismo y aplicaciones en química terapéutica ...................................... 26
2.1. Mecanismo ............................................................................................................................ 26
2.2. Aplicaciones en química terapéutica ............................................................................... 30
2.2.1. Inhibidores de enzimas ............................................................................................... 31
2.2.2. Química click in situ .................................................................................................... 33
2.2.3. Otros ejemplos ............................................................................................................ 33
3. Reacciones click: fármacos para el cáncer de mama .............................................................. 39
3.1. Síntesis ............................................................................................................................ 39
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
3.1.1. Inhibidores de la tirosina quinasa ................................................................................ 39
3.1.2. Antimetabolitos ............................................................................................................ 40
3.1.3. Agentes antiproliferativos ............................................................................................ 41
3.1.4. Inhibidores de la mitosis .............................................................................................. 42
3.1.5. Agentes intercalantes .................................................................................................. 45
3.2. Sistemas de administración de fármacos (drug delivery) ................................................ 46
3.2.1. Liposomas ................................................................................................................... 48
3.2.2. Micelas poliméricas ..................................................................................................... 51
3.2.3. Dendrímeros ............................................................................................................... 52
3.2.4. Aplicaciones en la terapia del cancer de mama .......................................................... 57
Conclusiones .................................................................................................................................... 62
Referencias bibliográficas ................................................................................................................. 63
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
Laura Cieza Villafañe – TFM 6
1. INTRODUCCIÓN A LOS FÁRMACOS PARA EL TRATAMIENTO DE CÁNCER
DE MAMA
El cáncer de mama es una enfermedad compleja y heterogénea, que comprende numerosas
entidades, no solo tiene diferentes características biológicas sino también distinto comportamiento
clínico. Se trata de la enfermedad mortal más frecuente entre las mujeres, tanto en el mundo
desarrollado como en el subdesarrollado. Cada año se detectan 1.4 millones de nuevos casos de los
cuales un tercio no son curables. Sin embargo, debido a que las mujeres cada vez toman más
precauciones en cuanto a revisiones preventivas, sobre todo en casos con antecedentes familiares,
a la mejora de las técnicas de detección temprana y los tratamientos aplicados contra la enfermedad,
esta tasa de mortalidad ha disminuido en los últimos años. [1]
Entre el 5-10% de todos los cánceres de mama femeninos están relacionados con alteraciones
hereditarias. La mayoría de ellos están vinculados con dos genes: BRCA1 y BRCA2, representando
el 10% de todos los casos heredados y según el Instituto Nacional del Cáncer las mujeres que poseen
estas anomalías tienen un 25-28% de riesgo de padecer cáncer de mama. BRCA1 y BRCA2 son
genes supresores de distintos tumores y que juegan un papel fundamental en la respuesta celular a
través de la activación de procesos de reparación del ADN. [2]
La clasificación tradicional de la enfermedad se hace en base a las características biológicas: como
tamaño del tumor, la implicación de los ganglios linfáticos, el grado histológico, la edad del paciente,
los receptores de estrógenos (ER), los receptores de progesterona (PR), los receptores epidérmicos
de crecimiento 2 (HER2) y la tolerancia del paciente al tratamiento. Sin embargo, la apariencia
histológica no es suficiente ya que, tumores que presentan similares características clínicas y
patológicas pueden tener diferente comportamiento. [3]
Estudios recientes se han centrado en la definición de las características biológicas de la
enfermedad en función de la supervivencia del paciente basándose en patrones de la expresión
genética [3], para hacer una clasificación más adecuada a la hora de poder aplicar el mejor tratamiento
terapéutico a cada paciente. Estudios sobre la expresión genética que aplican análisis por microarray
[4,5] han identificado distintas clases de tumores a nivel molecular basados en el análisis de
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expresiones simultáneas de los genes. En función de este análisis a nivel molecular se distinguen dos
grupos: ER-positivo y ER-negativo. Otro grupo de tumores son aquellos caracterizados por la
expresión del oncogén HER2, los cuales también muestran niveles bajos de expresión ER y otros
genes asociados con la expresión ER.
Aproximadamente el 75% de los cánceres de mama detectados son positivos en ER y/o PR.
- Luminal A: es el subtipo más común y representa entre 50 y 60% de todos los cánceres de
mama. Se caracteriza por altos niveles de ER más bajos niveles de proliferación de genes
relacionados. Los pacientes con cáncer tipo luminal A tienen un buen pronóstico.
- Luminal B: el porcentaje de tumores que son de este tipo está entre el 15 y el 20%, y tienen
un fenotipo más agresivo, grado histológico mayor y peor pronóstico.
- HER2-positivo: HER2 es miembro de la familia de cuatro miembros de tirosina quinasas. El
receptor HER2 es codificado por el gen HER2.
- Basal-like: representa del 8 al 37% de los tumores de cáncer de mama. Está asociado con
altos grados histológicos, deficiente formación de túbulos y la presencia de zonas necróticas
y fibróticas. Los análisis inmunohistoquímicos demuestran que este tipo de cáncer constituye
aproximadamente el 75% de los cánceres de mama relacionados con la herencia genética,
tipo BRCA1.
- Normal breast-like: no están muy caracterizados todavía y han sido agrupados en los subtipos
con fibroadenomas. Expresan genes característicos del tejido adiposo presentando un
diagnóstico intermedio entre cánceres tipo luminal y tipo basal-like. Por regla general no
responde a tratamiento quimioterapéutico.
Actualmente existen cinco tratamientos estándar para combatir esta enfermedad y las
consecuencias que puede acarrear. [6] Estos tratamientos son:
- Cirugía: muchos de los pacientes tienen que someterse a cirugía para eliminar el tumor de la
mama.
- Radioterapia: tratamiento que utiliza rayos X de alta energía u otros tipos de radiación para
destruir células cancerosas o impedir que crezcan. La forma en que se administra la
radioterapia depende del tipo y el estadio del cáncer que se está tratando.
- Quimioterapia: se emplean fármacos para interrumpir el crecimiento de células cancerosas,
mediante su destrucción o impidiendo su multiplicación.
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- Terapia hormonal: tratamiento que elimina hormonas o bloquea su acción y detiene el
crecimiento de las células cancerosas. Algunas hormonas pueden causar que ciertos tipos
de cáncer crezcan.
- Terapia dirigida: tipo de tratamiento en el que se utilizan medicamentos u otras sustancias
para identificar y atacar células cancerosas específicas sin dañar las células normales. Los
anticuerpos monoclonales y los inhibidores de la tirosina quinasa son dos tipos de terapias
dirigidas utilizados en el tratamiento de cáncer de mama.
La elección de la terapia elegida o la combinación de dos o más terapias, así como de los fármacos
seleccionados para los tratamientos dependen del tipo de cáncer, del estadio en el que se encuentre
y de la respuesta clínica de cada paciente.
El método más empleado y por tanto el conocido como estándar, es la quimioterapia. Sin embargo
los agentes quimioterapéuticos tienen ciertas limitaciones, como son, la falta de selectividad o
especificidad hacia las células cancerosas. Esto provoca que estos fármacos produzcan una serie de
efectos secundarios: cardiotoxicidad, neuropatías, neutropenia, fallo renal, náuseas, pérdida del
cabello, etc. De ahí la necesidad que ha surgido de encontrar sistemas de administración de fármacos
(drug delivery) que disminuyan o eliminen estos efectos secundarios e incrementen la efectividad de
los fármacos. [6] Lo que se pretende es aumentar la selectividad de los fármacos hacia las células
cancerosas, dejando a las células sanas intactas.
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1.1. CLASIFICACIÓN FÁRMACOS
Los fármacos destinados a combatir el cáncer de mama se pueden clasificar en función de su:
- Mecanismo de acción.
- Estructura química.
- Relación con otros fármacos.
Atendiendo al mecanismo de acción, el cual es muy importante ya que nos informa de los posibles
efectos secundarios, podemos clasificar los fármacos en los siguientes grupos, que serán expuestos
a continuación.
1.1.1. Antimetabolitos
Los antimetabolitos [7,8,] son aquellas sustancias cuyo mecanismo de acción se basa en interferir
con el crecimiento del ADN y del ARN al sustituir los elementos fundamentales de estas moléculas.
Como ejemplos de estos fármacos podemos encontrar (Tabla 1): [9]
- Clofarabina (Evoltra): nucleósido de purina.
- 5-fluorouracilo 5-FU (Carzonal, Efudix, Efurix): antimetabolito antineoplásico. Es análogo de
la pirimidina y se trata de un profármaco. Su síntesis parte de una fluoropirimidina
denominada, capecitabina [10], la cual, tras la acción de varias enzimas se convierte en 5-
fluorouracilo.
- Metotrexato (Altrex, Ebetrex): antimetabolito antineoplásico con propiedades
inmunosupresoras. Se trata de un compuesto similar al ácido fólico (Tabla 2).
Tabla 1. Fármacos antimetabolitos.
Clorafabina 5-fluorouracilo (5-FU) Metotrexato
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Tabla 2. Comparativo estructural: metotrexato – ácido fólico.
Metotrexato Ácido fólico
1.1.2. Antibióticos
Dentro del grupo de los antibióticos las antraciclinas son las más destacadas. Son antibióticos
antineoplásicos producidos por hongos de la familia Streptomyces. Su estructura química se
caracteriza por poseer un núcleo plano de antraquinona, unido a un aminoazúcar (Tabla 3). Las dos
antraciclinas más utilizadas son la Daunorubicina (Cerubidin, Daunoblastin), utilizada casi
exclusivamente para el tratamiento de la leucemia; y la Doxorrubicina (Adriablastina, Rubex), utilizada
en el tratamiento de varios tumores. [11] Uno de los efectos secundarios más acusados por la
administración en altas dosis de antraciclinas es el daño cardiaco permanente. Otro fármaco que
pertenece al grupo de los antibióticos es la Dactinomicina (Lyovac, Cosmogen). Este compuesto
pertenece a la clase conocida como depsipéptidos cíclicos. Se trata de uno de los fármacos contra el
cáncer más antiguo, y el primer antibiótico que presentó actividad antitumoral. [11]
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Tabla 3. Fármacos antibióticos.
Daunorubicina
Doxorubicina
Dactinomicina
1.1.3. Agentes alquilantes
Los agentes alquilantes se han usado desde los inicios del tratamiento del cáncer. Estos agentes
actúan uniéndose covalentemente al ADN, o al N-7 de la guanina, haciendo que las hebras de ADN
se rompan y afectando a la división celular con lo que eventualmente se produce la muerte celular.
Debido a este daño en el ADN pueden provocar deterioros a largo plazo en la médula ósea. [11]
En este tipo de fármacos podemos encontrar el grupo de las mostazas nitrogenadas (derivados de la
2-cloro-N-(2-cloroetil)-N-metiletan-1-amina o gas mostaza) y entre las más importantes se encuentran
(Tabla 4):
- Clorambucil (Celkeran): tiene dos grupos -haloalquilo unidos por un átomo de nitrógeno.
- Clofosfamida (Cytoxan, Sendoxan)
Otro grupo importante es el de las azinas, los siguientes compuestos son los más utilizados:
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- Dicarbazina (DTIC, Dacantic, Detimedic): agente antineoplásico con actividad significativa
contra los melanomas.
- Temozolomida: pertenece a los compuestos orgánicos conocidos como imidazotetracinas.
Estos compuestos orgánicos contienen un anillo de imidazol unido a un anillo de tetracina.
Se trata de un profármaco que no tiene actividad farmacológica hasta que es hidrolizado in
vivo a 5-(-3-metiltriacen-1-il)imidazol-4-carboxamida (MTIC).
Por último, también se utilizan los alquil sulfonatos, como el Busulfán que es un agente alquilante
bifuncional con un efecto selectivo inmunodepresivo.
Tabla 4. Fármacos que actúan como agentes alquilantes
Derivados de las mostazas
nitrogenadas
Clorambucil
Ciclofosfamida
Azinas
Dicarbacina
Temozolomida
Alquil sulfonatos
Busulfán
----
1.1.4. Inhibidores de la Topoisomerasas II
Las topoisomerasas son enzimas que catalizan las reacciones de rotura del ADN. Las
topoisomerasas II o girasas están implicadas en procesos de rotura de la doble hélice del ADN,
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escisión de ADN superenrollado y en general procesos del metabolismo del ADN. [12] Entre los
inhibidores de las Topoisomerasas II las más usadas como fármacos antitumorales son las
antraciclinas antes mencionadas, como la Doxorubicina (1.1.2.) y el Etopósido (Eposin, Nexvep) [13] y
el Tenipósido [14] (Tabla 5).
Tabla 5. Fármacos inhibidores de la topoisomerasa II.
Etopósido Tenipósido
1.1.5. Inhibidores de la mitosis
Los inhibidores de la mitosis [15] con frecuencia son alcaloides de origen vegetal y otros
compuestos derivados de productos naturales. Causan daños en los nervios periféricos, lo que puede
ser un efecto secundario limitante de la dosis. Los más importantes son (Tabla 6):
- Estramustina (Estracyt): antineoplásico indicado para cuidados paliativos. Se trata de una
combinación de estradiol con mostazas nitrogenadas.
- Taxanos: diterpenoides con una estructura basada ya sea en el esqueleto de taxano, o un
derivado del mism. El Docetaxel y el Palcitaxel se emplean en pacientes con cáncer de mama
avanzado o con metástasis.
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Tabla 6. Fármacos inhibidores de la mitosis.
1.1.6. Corticoesteroides
Los esteroides son hormonas naturales y fármacos similares a las hormonas, [16] se emplean como
antieméticos para ayudar a prevenir los efectos secundarios de la quimioterapia como pueden ser las
náuseas o vómitos. Dentro de este grupo destacan: Fosaprepitant, Prednisolona, Metilprednisolona y
Dexametasona (Tabla 7).
Estramustina Docetaxel
Paclitaxel
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Tabla 7. Fármacos corticoesteroides.
Fosaprepitant
Prednisolona
Metilprednisolona
Dexametasona
1.1.7. Fármacos para terapias dirigidas
Los fármacos quimioterapéuticos aprovechan el hecho de que las células cancerosas se dividen
rápidamente. Sin embargo otro tipo de fármacos, considerados no quimioterapéuticos se dirigen hacia
otras propiedades que pueden diferenciar las células cancerosas de las normales. Por ello, suelen
tener menos efectos secundarios, ya que ejercen su acción principalmente en las células cancerosas
no en las sanas normales. Se trata de fármacos que bloquean el crecimiento del cáncer al interferir
en moléculas específicas, denominadas blancos, que participan en el crecimiento de la enfermedad.
Estos fármacos, se pueden emplear como parte del tratamiento principal, o se pueden utilizar después
del tratamiento para mantener la remisión o reducir la probabilidad de recurrencia.
1.1.7.1. Inhibidores de la tirosina quinasa
Las enzimas tirosina quinasas junto a las fosfatasas regulan el estado de fosforilación de proteínas
intracelulares. Debido a su implicación en el desarrollo de enfermedades como el cáncer,
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recientemente han surgido como dianas en el tratamiento contra esta enfermedad. Las tirosina
quinasas se dividen generalmente en dos grupos: tirosina quinasas que funcionan como receptores
y tirosina quinasas no-receptores (Tabla 8). [17]
- Gefitinib (Iressa): se dirige selectivamente a las proteínas mutantes en células malas. Este
compuesto pertenece al grupo de las quinazolinaminas, compuestos aromáticos
heterocíclicos que contienen un resto de quinazolina sustituido por uno o más grupos amina.
- Lapatinib: fármaco aprobado FDA en 2007, para su uso en pacientes con cáncer de mama
metastásico avanzado en combinación con el fármaco de quimioterapia capecitabina. Se une
al dominio de fosforilación intracelular para evitar la autofosforilación del receptor tras la unión
del ligando.
Tabla 8. Fármacos que actúan como inhibidores de la tirosina quinasa.
Gefitinib Lapatinib
1.1.7.2. Terapia hormonal
Es una terapia basada en el empleo de fármacos como hormonas sexuales, o medicamentos
similares a hormonas, [18] que cambian la acción o la producción de hormonas femeninas o
masculinas. Entre los más importantes podemos encontrar (Tabla 9):
- Inhibidores de la aromatasa: Anastrozol (Anastrol), indicado concretamente para el cáncer de
mama en mujeres post-menopáusicas. Se emplea tanto en la terapia adyuvante como en la etapa
metastásica.
- Antiestrogénicos:
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Fulvestant: al igual que el anastrazol está indicado para mujeres con cáncer de mama post-
menopáusicas. Sin embargo este fármaco se emplea cuando la enfermedad sigue
progresando después de la terapia anti-estrógenos.
Tamoxifeno (Fenahex): pertenece a una clase de fármacos llamados moduladores
selectivos de estrógenos, que tienen ambos efectos, estrogénico y antiestrogénico. Fue la
primera causa la pérdida de densidad ósea en mujeres premenopáusicas pero protege a
los huesos en mujeres postmenopáusicas terapia de antiestrógenos usada para tratar el
cáncer de mama. Afecta a los huesos.
- Progestinas: Acetato de megestrol (Megestil, Maygace): se trata de progestina sintética, pero con
los mismos efectos fisiológicos que la progesterona natural.
- Antiandrógenos: Flutamida (Andraxan, Antiprox), antiandrógeno no esteroideo que bloquea la
acción de la testosterona endógena y exógena por la unión al receptor de andrógenos. [19,20]
- Antagonistas de la hormona liberadora de la gonadotropina (GNRH)
Tabla 9. Fármacos pertenecientes a la terapia hormonal.
Anastrazol Tamoxifeno Acetato de megestrol
Fulvestrant
Flutamida
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1.1.7.3. Inmunoterapia
Algunos fármacos se administran para estimular el sistema inmunitario para que puedan reconocer
y atacar las células cancerosas. [21] Aunque no está del todo claro cómo la inmunoterapia trata el
cáncer, puede funcionar para detener o retardar el crecimiento de las células cancerosas, y así evitar
que el cáncer se propague a otras partes del cuerpo, o bien, ayudar al sistema inmunológico a
aumentar su eficacia en la eliminación de las células cancerosas. Existen varios tipos de
inmunoterapias, incluidos los anticuerpos monoclonales, los cuales atacan las proteínas específicas
que se encuentran en la superficie de las células cancerosas o las células que apoyan el crecimiento
de las células cancerosas.
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1.2. MECANISMOS DE ACCIÓN
Considerando la clasificación anterior, vamos a describir los mecanismos de acción de los
fármacos detallados.
1.2.1. Antimetabolitos
Los antimetabolitos interfieren con el crecimiento del ADN y del ARN al sustituir los elementos
fundamentales de estas moléculas. [7,8] Estos agentes dañan las células durante la fase S, cuando
se copian los cromosomas de la célula. Siguiendo estas pautas, la Clofarabina inhibe las síntesis del
ADN a través de la acción inhibitoria sobre la ribonucleótido reductasa, por terminación de elongación
de la cadena de ADN y la inhibición de la reparación a través de la inhibición competitiva de las
polimerasas de ADN. Esto conduce al agotamiento del desoxinucleótido trifosfato intracelular y la
auto-potenciación de la incorporación de trifosfato de clofarabina en el ADN, intensificando así, la
eficacia de la inhibición de la síntesis de ADN [22]. Con el 5-fluorouracilo el mecanismo de acción
principal se cree que es la unión del monofosfato de 6-Fluorodesoxiuridina (FdUMP) y el cofactor, N-
5,10-metilentetrahidrofolato, a la timidilato sintasa (TS) para formar un complejo ternario unido
covalentemente (Figura 1). Esta complejación induce la inhibición de la formación de timidilato de
uracilo que a su vez, conduce a la inhibición de la síntesis de ADN y ARN, por tanto a la muerte
celular. El fluorouracilo también se puede incorporar en el ARN en lugar de UTP (trifosfato de uridino),
para la producción de un ARN fraudulento e interfiriendo con el procesamiento del ARN y la síntesis
de proteínas. [10]
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Figura 1. Mecanismo de acción del 5-fluorouracilo.
Como se observa en la figura 2, el metotrexato inhibe la proliferación de células neoplásicas,
bloqueando la síntesis de nuevas purinas y pirimidinas, debido a la inhibición irreversible de la
dihidrofolato reductasa, por lo que no se produce la síntesis de ADN ni la replicación celular
[23,24,25,26].
Figura 2. Mecanismo de acción del metotrexato.
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1.2.2. Antibióticos
Interfieren con las enzimas involucradas en la replicación del ADN, en concreto inhibiendo la
topoisomerasa II, produciéndose radicales libres por la rotura del ADN. Estos fármacos ejercen su
acción en todas las fases del ciclo celular, al contrario que otros fármacos que solamente actúan en
alguna fase específica. La Daunorubicina, tiene actividad antimotítica, es decir, detiene o inhibe la
división celular en metafase o anafase, y citotóxica. Forma complejos con el ADN por intercalación
entra las pares de bases e inhibe la topoisomerasa II por estabilización del complejo ADN-
topoisomerasa II. [27,28,29]
1.2.3. Agentes alquilantes
Se trata de fármacos muy reactivos que forman enlaces covalentes entre grupos alquilo y
moléculas nucleófilas. Funcionan por tres mecanismos diferentes, pero todos ellos con el mismo
resultado final, la interrupción de la función del ADN y la muerte celular:
a. Unión de grupos alquilo a bases de ADN, por lo que el ADN se fragmenta por las enzimas
de reparación al intentar eliminar las bases alquiladas, por lo que no hay síntesis de ADN
ni transcripción del ARN.
b. Daño directo al ADN a través de la formación de enlaces cruzados, lo que evita que el
ADN se separe para la síntesis o transcripción.
c. La inducción de “mispairing” de los nucleótidos que conducen a mutaciones.
- Clorambucil: evita el crecimiento del tumor por las bases de guanina de reticulación en
hebras de ADN, lo que hace que la doble hebra no pueda desenrollarse. Al ser esto
necesario en la replicación del ADN, las células ya no se dividen. [30,31,32]
- Temozolomida: el 5-(-3-metiltriacen-1-il)imidazol-4-carboximida (MTIC) alquila el ADN en
las posición N7 de la guanina, posición O3 de la adenosina y posición O6 de la guanosina.
Esta metilación de residuos de guanina, conduce a roturas simples de la doble hebra de
ADN y posterior muerte celular por apoptosis. Lo que sugiere que N7-metilguanina juega
un papel crucial en la actividad anticancerosa del fármaco, ya que hay una correlación
entre la sensibilidad de células tumorales a la temozolomida y la actividad de
alquiltransferasa O6-alquilguanina que es la proteína de reparación del ADN que elimina
específicamente grupos alquilo en la posición O6 de la guanina. [33,34,35]
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1.2.4. Inhibidores de la Topoisomerasa II
Como hemos mencionado antes, ciertos antibióticos como la Doxorubicina actúan como
inhibidores de la Topoisomerasa II, forma complejos con el ADN por intercalación entre pares de
bases, inhibe la actividad de la topoisomerasa II mediante la estabilización del complejo ADN-
topoisomerasa II. [36,37,38] Otros fármacos como el Etopóxido o el Tenipósido, al inhibir las
topoisomerasas II, inhiben la ligación del ADN, lo que provoca errores en la síntesis de ADN en la
etapa premitótica de la división celular lo que puede inducir a la apoptosis de la célula cancerosa.
[39,40]
1.2.5. Inhibidores de la mitosis
Mitosis constituye una serie de fases que producen dos nuevos núcleos de células que contienen
copias idénticas de ADN. Debido al papel crucial de los microtúbulos en la mitosis, son objetivo de los
fármacos para el tratamiento contra el cáncer. Sin fibras del huso funcionales, la célula no puede
dividirse y se muere. [41]
- Estramustina: fármaco derivado del estradiol con mostazas nitrogenadas, in vivo, dichas
mostazas se activan y pueden alquilar el ADN y otros componentes celulares, por lo que
se producen roturas de ADN conduciendo de nuevo a la apoptosis y muerte celular. [42]
- Docetaxel y Paclitaxel: al ser un agente antimotótico interfiere en el crecimiento normal de
microtúbulos. Estabiliza la estructura de los microtúbulos por lo que se destruye la
capacidad de la célula para utilizar su citoesqueleto de una manera flexible. El complejo
docetaxel-microtúbulo afecta negativamente a la función celular. [43]
1.2.6. Corticoesteroides
Los corticosteroides se emplean como tratamiento complementario, ya que su función es evitar las
náuseas y vómitos que provoca el tratamiento quimioterapéutico o la radioterapia.
- Fosaprepitant: la forma activa de fosaprepitant es como un antagonista de los receptores
de neuroquinina 1, receptores de superficie celular acoplados a proteínas G, y que por
tanto bloquea las señales emitidas por los receptores NK1. De esta manera, se disminuye
la probabilidad de vómitos en pacientes que los padecen. [44]
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
Laura Cieza Villafañe – TFM 23
- Prednisolona, metilprednisolona, doxometasona: glucocorticoides que inhiben la
infiltración de leucocitos en el sitio de la inflamación, interfieren con mediadores de la
respuesta inflamatoria, y suprimen las respuestas inmunitarias humorales. [45]
1.2.7. Fármacos para terapias dirigidas
1.2.7.1. Inhibidores de la tirosina quinasa
Los fármacos inhibidores de las tirosina quinasas evitan la unión de ATP o del sustrato o de ambos,
por lo que se bloquea su función. Englobado en este grupo se encuentra el fármaco Gefitinib, el cual
inhibe el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) tirosina quinasa mediante la unión a
la adenosina trifosfato (ATP) -sitio de unión de la enzima. Así, la función de la quinasa de tirosina de
EGFR en la activación de la cascada de transducción de señales es inhibida; y las células cancerosas
son inhibidas. [46,47] Otro ejemplo es el Lapatinib, inhibidor de quinasa 4-anilinoquinazolina de los
dominios de tirosina quinasa intracelulares tanto del receptor del factor de crecimiento epidérmico
(HER1 / EGFR / ERBB1) y el tipo de crecimiento epidérmico humano receptor del factor de 2 (HER2
/ ErbB2). [48,49]
1.2.7.2. Terapia hormonal
El mecanismo de acción no es el mismo que el de los fármacos quimioterapéuticos
convencionales, sino que evitan que la célula cancerosa use la hormona que necesita para crecer o
evitan que el cuerpo produzca más hormonas.
- Inhibidores de aromatasa. Anastrazol: potente y selectivo no esteroideo inhibidor de la
aromatasa. La principal fuente de estrógeno es la conversión de androsterona generada
por la aromatasa en los tejidos periféricos. Por lo tanto la inhibición de esta enzima
conduce a una disminución de la masa tumoral o retrasa la progresión del crecimiento
tumoral en algunas mujeres. [50,51,52]
- Antiestrogénicos: Fulvestrant: se une a los receptores de estrógeno presentes en las
células cancerosas y logra sus efectos anti-estrógeno a través de dos mecanismos
separados. En primer lugar se une a los receptores y los regula a la baja de manera que
el estrógeno ya no es capaz de unirse a estos receptores. En segundo lugar, degrada los
receptores de estrógeno a los que está ligado. Por otro lado tenemos el Tamoxifeno,
agente no esteroideo que se une a los receptores de estrógeno (ER) induciendo un cambio
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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conformacional en el receptor. Esto produce un bloqueo o cambio en la expresión de
genes dependientes de estrógenos. [53]
- Progestinas: Acetato de megestrol, su actividad antitumoral puede implicar la supresión
de la hormona luteinizante por la inhibición de la función pituitaria. [54,55]
- Antiandrógenos: Flutamida, antiandrógeno no esteroideo que bloquea la acción de la
testosterona endógena y exógena por la unión al receptor de andrógenos. [56]
1.2.7.3. Inmunoterapia
El tratamiento más común es el que utiliza el Trastuzumab: se trata de un anticuerpo monoclonal
que actúa frente al receptor HER2. La sinergia entre el trastuzumab y los agentes quimioterapéuticos
en las células cancerosas depende tanto de la dosis como del periodo de administración, dicha
sinergia es específica de las células que sobreexpresan HER2. [1,57].
La Agencia de Alimentos y Medicamentos (FDA) perteneciente al gobierno de los Estados Unidos
es responsable de la regulación de alimentos, medicamentos, cosméticos, aparatos médicos,
productos biológicos y derivados sanguíneos. Se encarga por tanto de regular los fármacos de
manera tal que asegure la seguridad de los consumidores estadounidenses y la efectividad de los
medicamentos comercializados. La FDA exige que cada nuevo medicamento sea evaluado a través
de una serie sucesiva de 4 fases de ensayos clínicos, siendo la fase 3 la más extensa, y en la que se
realizan pruebas en 1000 a 3000 pacientes, de esta manera tiene aprobados para el tratamiento del
cáncer de mama, los fármacos que se enumeran en la Tabla 10.
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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Tabla 10. Lista de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama aprobados para su administración por la FDA.
Abitrexate (Methotrexate)
Abraxane
Ado-Trastuzumab Emtansine
Adrucil (Fluorouracil)
Afinitor (Everolimus)
Anastrozole
Aredia (Pamidronate Disodium)
Arimidex (Anastrozole)
Aromasin (Exemestane)
Capecitabine
Clafen (Cyclophosphamide)
Cyclophosphamide
Cytoxan (Cyclophosphamide)
Docetaxel
Doxorubicin Hydrochloride
Efudex (Fluorouracil)
Ellence (Epirubicin Hydrochloride)
Epirubicin Hydrochloride
Eribulin Mesylate
Everolimus
Exemestane
Fareston (Toremifene)
Faslodex (Fulvestrant)
Femara (Letrozole)
Fluoroplex (Fluorouracil)
Fluorouracil
Folex (Methotrexate)
Fulvestrant
Gemcitabine Hydrochloride
Gemzar (Gemcitabine Hydrochloride)
Goserelin Acetate
Halaven (Eribulin Mesylate)
Herceptin (Trastuzumab)
Ibrance (Palbociclib)
Ixabepilone
Ixempra (Ixabepilone)
Kadcyla (Ado-Trastuzumab
Emtansine)
Lapatinib Ditosylate
Letrozole
Megace (Megestrol Acetate)
Megestrol Acetate
Methotrexate
Methotrexate LPF (Methotrexate)
Mexate (Methotrexate)
Mexate-AQ (Methotrexate)
Neosar (Cyclophosphamide)
Nolvadex (Tamoxifen Citrate)
Paclitaxel
Palbociclib
Pamidronate Disodium
Perjeta (Pertuzumab)
Pertuzumab
Tamoxifen Citrate
Taxol (Paclitaxel)
Taxotere (Docetaxel)
Thiotepa
Toremifene
Trastuzumab
Tykerb (Lapatinib Ditosylate)
Velban (Vinblastine Sulfate)
Velsar (Vinblastine Sulfate)
Vinblastine Sulfate
Xeloda (Capecitabine)
Zoladex (Goserelin Acetate)
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2. REACCIONES CLICK: MECANISMO Y APLICACIONES EN QUÍMICA
TERAPÉUTICA
2.1. MECANISMO
En los últimos años ha surgido la necesidad de desarrollar síntesis de compuestos orgánicos que
sean eficaces, versátiles y selectivas. Este concepto ha sido desarrollado en paralelo con el interés,
sobre todo de la industria farmacéutica, de obtener un amplio espectro de compuestos mediante
métodos económicos, rápidos y que sean altamente selectivos.
El término de reacción-click (click chemistry, CC) apareció por primera vez en el año 2.001, para
describir reacciones que cumpliesen con los siguientes requisitos:
“La reacción debe ser modular, con un amplio rango de aplicación y con altos rendimientos,
generando únicamente productos inofensivos con el medioambiente y que puedan ser
separados mediante métodos no cromatográficos, como la destilación o cristalización, y
estereoespecífica. Las características requeridas incluyen condiciones de reacción simples,
materiales y reactivos de los que se disponga fácilmente, además del uso de disolventes no
nocivos, como por ejemplo el agua, o fácilmente eliminados” [58]
La reacción click es una variación de la reacción de Huisgen [59] que no es más que una
cicloadición 1,3-dipolar, entre acetilenos terminales y azidas para la formación de triazoles (Figura 3).
[60] Es uno de los métodos más empleados para la construcción de sistemas heterocíclicos.
Figura 3. Reacción de Huisgen. Cicloadición 1,3-dipolar entre acetileno y azida.
Un dipolo 1,3 reacciona con un dipolarófilo para formar un anillo de cinco miembros. [60] Los
dipolarófilos pueden ser compuestos con enlaces múltiples tales como alquenos, alquinos, carbonilos
y nitrilos, los cuales contienen átomos de nitrógeno, carbono, azufre u oxígeno. Por su lado, los
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compuestos 1,3-dipolares son aquellos que tienen un dipolo en su estructura de resonancia y que al
menos tienen un heteroátomo.
En el año 2.002 se comprobó que el uso de sales de cobre (I) (Figura 4) como catalizador de esta
reacción aumentaba su velocidad en diez millones de veces, y lo que era casi más importante, a
temperatura ambiente y dirigiendo la reacción hacia uno de los dos regioisómeros. [58]
Figura 4. Cicloadición 1,3-dipolar catalizada por Cu (I) para dar un solo regioisómero.
La coordinación del Cu (I) a alquinos en una solución acuosa forma un intermedio de acetiluro de
cobre, siendo una reacción exotérmica. La azida se une a este intermedio Cu (I) formando un
metalciclo de seis miembros Cu (III). A continuación se produce la formación del anillo de triazol, que
es muy rápida (Figura 5). El producto de cicloadición que se genera entonces, es químicamente inerte
o estable frente a las reacciones redox, ya que posee un fuerte momento dipolar, enlace de hidrógeno
y carácter aromático. [61,62]
Figura 5. Mecanismo de la cicloadición [3+2] de azidas y alquinos catalizado por cobre. [CuLn] hace referencia a una
especie mono- o polinuclear de cobre. [62]
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Los triazoles han demostrado tener un gran número de características deseables dentro de la
química terapéutica. Son estables a la hidrólisis tanto ácida como básica y en condiciones oxidativas
y reductivas, esto se debe a la alta estabilidad aromática que poseen. Otra de sus características es
que poseen un momento dipolar de valor alto y pueden participar en enlaces de hidrógeno así como
en interacciones dipolo-dipolo y electrostáticas.
El sistema estándar emplea sales de cobre (II) en presencia de un agente reductor, como puede
ser ascorbato de sodio. Por lo que el cobre (II) se reduce de forma continua a cobre (I) manteniendo
en todo momento alto contenido del agente catalítico. Respecto al disolvente empleado en este tipo
de reacción, uno de los más frecuentes es una mezcla terc-butanol y agua. Es importante, hacer
hincapié, que este disolvente también puede ser usado para compuestos lipofílicos. Cuando las
condiciones acuosas no pueden utilizarse, se emplean disolventes orgánicos como: tetrahidrofurano,
tolueno, diclorometano o acetonitrilo; en presencia de cantidades estequiométricas de sales de cobre
(I), y un exceso de una base, frecuentemente una amina terciaria. A pesar de que las sales de cobre
son más usadas como catalizadores para esta reacción, se ha demostrado que la adición de tris-
(bencil-triazolmetil)amina o hidrocloruro de trimetilamina, aumenta la eficacia. [58]
Se puede decir que las reacciones click comparten las siguientes cualidades: [60]
- Reactivos con enlaces múltiples carbono-carbono, que proporcionan tanto energía como
el mecanismo adecuado para formar las estructuras click
- En su mayoría, las reacciones click forman enlaces carbono-heteroátomo (O, N, S)
- Son altamente exotérmicas, debido a la energía de los reactivos y a la alta estabilidad de
los productos que se forman
- Las reacciones click son normalmente procesos de fusión o condensación
- Muchas reacciones click toleran e incluso se aceleran en presencia de agua
Algunas de las causas por las que el agua es el mejor disolvente en reacciones click son las
siguientes: [60]
- Las reacciones click tienen lugar fácilmente en agua caliente, dando un único producto,
incluso cuando uno o más de los reactivos o productos son insolubles en este medio. Esto
se podría explicar por la energía libre de las moléculas orgánicas, la cual es mayor cuando
están solvatadas en agua.
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- Adiciones nucleófilas de epóxido (homocarbonilo) y azaridina (homoimina) están
favorecidas por disolventes que induzcan a la formación de enlaces de hidrógeno durante
el proceso. Y para eso, el agua es el mejor disolvente.
- Reacciones click de olefinas y acetilenos son oxidaciones por reactivos electrofílicos y
reacciones de cicloadición. Ambos procesos son electrófilos o nuecleófilos polarizables
por lo que el agua es un medio que no interfiere y por tanto ideal.
- El agua es un excelente disipador térmico, debido a su alta capacidad para calentarse, y
tiene un adecuado punto de ebullición, por lo que es útil para procesos a gran escala.
La reacción click solo da altos rendimientos cuando el triazol obtenido es el 1,4 disustituido, por lo
que se ha expandido la aplicación de esta reacción para desarrollar una cicloadición ortogonal para
dar productos 1,5-disustituidos. Esto, haría de la reacción click una verdadera reacción
regiocomplementaria, obteniendo el regioisómero deseado en función de las condiciones empleadas.
[59]
Las reacciones click, tal y como se ha visto hasta ahora y con los ejemplos que se verán a
continuación tienen un amplio espectro de aplicaciones, dada su versatilidad, los altos rendimientos
que produce y que además cumple con las normas de la química verde. Sin embargo también tienen
una serie de limitaciones:
- Si el dieno, la azida, es demasiado deficiente en electrones entonces la reacción no se
lleva a cabo. La energía de su estado fundamental es demasiado baja para que interactúe
con un dienófilo, el alquino terminal.
- Por otro lado, el dienófilo no puede ser demasiado rico en electrones.
- Un problema común es el homoacoplamiento alquino. Esto ocurre cuando dos alquinos
reaccionan entre sí, en vez alquino-azida. Este problema se puede solventar con el uso
de bases estéricamente voluminosas.
- Un problema menos común es la saturación de CuI. Para que la reacción clic tenga lugar,
el complejo CuI-acetiluro tiene que tener contacto físico con la azida. Si el complejo está
demasiado rodeado por alquinos terminales existe la posibilidad de que estos alquinos
lleguen a formar complejos. [63]
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Laura Cieza Villafañe – TFM 30
- Limitaciones específicas en química terapéutica: [63]
o Requiere un catalizador de cobre. A pesar de que el cuerpo humano requiere de
cobre para poder funcionar, el consumo en exceso puede conducir a drásticas
consecuencias. Algunos efectos secundarios asociados incluyen hepatitis,
trastornos neurológicos, riñón enfermedades, y la enfermedad de Alzheimer. Por
lo tanto, para aplicar in vivo CC, el catalizador de cobre debe ser eliminado
completamente.
o Biocompatibilidad de 1,2,3-triazoles, ya que no se conoce aún, sus procesos
biológicos.
2.2. APLICACIONES EN QUÍMICA TERAPÉUTICA
Las reacciones click han comenzado a ser en el pasado más reciente la herramienta de síntesis
más potente en la investigación y desarrollo de fármacos, en la bioquímica y en aplicaciones
proteómicas. Dentro de la química terapéutica la aplicación de la química click recae principalmente
en tres áreas: [64]
- Cribado de alto rendimiento (High-throughput screening; HTS)
- Descubrimiento de fármacos basado en fragmentos (Fragment-Based Drug Discovery;
FBDD)
- Descubrimiento de fármacos, estrategias con modelos dinámicos basado en fragmentos
(dynamic template-assisted strategies in fragment-based drug discovery)
El cribado de alto rendimiento (HTS) es una metodología para el desarrollo de un amplio espectro
de productos químicos, cuya funcionalidad es combatir moléculas biológicas (fármacos), empleando
técnicas automatizadas, ensayos miniaturizados y con un gran análisis de datos. La combinación de
CC y tecnologías de ensayo de enzimas ha ayudado a evolucionar el desarrollo de fármacos. El
descubrimiento de fármacos, estrategias con modelos dinámicos basados en fragmentos (FBDD) es
una tecnología que en los últimos años ha permitido encontrar un gran número de compuestos
desarrollados clínicamente, debido principalmente a la detección de fragmentos. Por regla general,
las enzimas suelen tener un solo centro activo y por tanto un sustrato específico, sin embargo existen
enzimas con más de un centro activo, en este caso la aplicación de CC, dada su efectividad en
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condiciones normales y su alta modularidad ha sido la clave para desarrollar sustratos bidentados de
alta selectividad por las enzimas. Por ello se han desarrollado estrategias con modelos dinámicos en
el descubrimiento de fármacos. Los reactivos de azida y alquino se seleccionan estructuralmente para
interactuar parcialmente con el sitio activo de la enzima, llevándose a cabo la reacción click y
formándose un único inhibidor final.
2.2.1. Inhibidores de enzimas
Los inhibidores de enzimas juegan un papel importante en la cura de enfermedades, y por ello son
objeto de fármacos contra el cáncer. Utilizando un amplio espectro de fragmentos pro-inhibidores junto
con reacciones click, se han llegado a desarrollar un gran abanico de inhibidores de enzimas muy
eficientes. Todo ello se ha podido llevar a cabo debido a la eficiencia en medio acuoso de las
reacciones click, ya que en la mayoría de los casos los productos han sido ensamblados directamente
para la inhibición sin necesidad de purificarlos. [64]
Un ejemplo son las tirosina fosfatasas que constituyen una clase importante de enzimas que
catalizan la defosforilación de residuos de fosfotirosina en sustratos de proteína. Dentro de este grupo,
se encuentra la PTP1B (Figura 6), que ha sido identificada como el mayor regulador de las vías de
señalización de la insulina y la leptina. Un mal funcionamiento de esta enzima puede ser la causante
de enfermedades como cáncer, diabetes, obesidad o inflamaciones.
Figura 6. Estructura química de un inhibidor sintético de la tirosina fosfatasa.
Xie y su grupo [64,65] desarrollaron nuevos inhibidores de PTP (tirosina fosfatasa) mediante la
reacción de alquinil aminoácidos en patrones de azúcar con grupos azido. En primer lugar, con CC
introdujeron el grupo azida al ácido cetocarboxílico con 56 alquinos diferentes [65], a continuación el
producto que mayor reactividad tuvo, fue modificado con grupo azida para un segundo paso de CC
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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con 56 alquinos. Obteniéndose finalmente un producto (Figura 7) que destacaba por su capacidad de
inhibición frente al resto.
Figura 7. Estructura del inhibidor de PTP más potente sintetizado por el grupo de Xie.
Otro ejemplo de inhibidor importante dentro de la química terapéutica son los inhibidores de la
proteína quinasa, ya que esta enzima es reguladora clave de la función de la célula. Las enzimas
proteína quinasas fosforilantes juegan un papel fundamental en la señal de transducción de la célula
y muchas enfermedades están caracterizadas por anomalías en la quinasa o en su nivel de expresión,
entre otras el cáncer. [66] Liskamp y su grupo de trabajo [64,67] utilizaron inhibidores de bisustrato
quinasa que se dirigen selectivamente al sitio de unión del péptido además del sitio de unión de la
ATP (adenosin trifosfato). Estos péptidos activos se unieron por reacción click quimioselectiva al sitio
de unión de la ATP del inhibidor de la quinasa (Figura 8).
Figura 8. Estructuras químicas de inhibidores de la proteína quinasa.
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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2.2.2. Química click in situ
Las reacciones click no solo se pueden emplear para sintetizar fármacos previamente a su
administración sino que también existe la posibilidad de aplicar las reacciones click in situ (Figura 9).
En este sentido, para que esto se produzca tiene que, a temperatura ambiente, una enzima llevar
moléculas que contengan grupos alquilo y azida a tal proximidad que se supere la barrera energética
y puede ocurrir la reacción click, es decir la enzima tiene que ser un buen catalizador a temperatura
ambiente (dynamic template-assisted strategies in fragment-based drug discovery). [64]
Figura 9. Esquema química click in situ.
2.2.3. Otros ejemplos
El Resveratrol (fitoalexina, Figura 10) es un compuesto que posee una gran variedad de
actividades biológicas. Dentro de estas actividades destaca el papel que ejerce como agente cardio
o neuroprotector, como fármaco antiinflamatorio y quimio protector contra el cáncer. Sin embargo, su
uso es limitado ya que ejerce la mayoría de sus efectos biológicos a concentraciones micromolares
altas, por lo que es difícil determinar cuáles son los objetivos responsables de los efectos. En este
caso se ha sintetizado una serie de análogos del trans-resveratrol sustituyendo el enlace doble con
el anillo de triazol. La presencia de sales de cobre (I) a temperatura ambiente genera productos 1,4-
regioselectivos, lo que contrasta con la reacción llevada a cabo a altas temperaturas, ya que produce
cantidades equimolares de los dos regioisómeros, y que son difíciles de aislar. De la serie sintetizada,
74 reacciones produjeron precipitados, y 72 de ellos fueron confirmados como los productos
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Laura Cieza Villafañe – TFM 34
esperados. También se ha evaluado la citotoxicidad de estos compuestos, y el análisis biológico
preliminar sugiere que este procedimiento es capaz de generar análogos de resveratrol-triazol
sustituido activos. [68]
Resveratrol
R1=OH; R2=H; R3=OH; R4=H; R5=OH; R6=H
R1=H; R2=OH; R3=H; R4=OH; R5=H; R6=OH
R1=OMe; R2=H; R3=OMe; R4=H; R5=OMe; R6=H
R1=H; R2=OMe; R3=H; R4=OMe; R5=H; R6=OMe
R1=OH; R2=H; R3=OH; R4=H; R5=OMe; R6=H
Figura 10. Comparativo estructural del Resveratrol y sus análogos sintetizados por reacción click.
Para determinar si el doble enlace de resveratrol se puede sustituir con el anillo de triazol, la serie
se sintetizó mediante cicloadición, y los compuestos fueron sometidos a pruebas de
citotoxicidad/proliferación en diferentes series de células entre ellas células mamarias cancerosas. Se
empleó un método colorimétrico, que distingue entre disminución de la proliferación y el aumento de
la muerte celular. Obteniéndose que, en función de los sustituyentes y el tipo de células el
comportamiento es diferente. Se ha detectado que algunos de estos compuestos análogos al
resveratrol sintetizados tienen mayor potencial como agentes citotóxico/antiproliferativos. [68]
Los avances tecnológicos y químico-biológicos se han enfocado en el estudio más profundo de la
función catalizadora de las enzimas, lo que ha constituido el grupo denominado catalomics, que no
es más que una rama emergente de la biología en la cual se engloban los estudios de alto rendimiento
de las enzimas empleando proteomas. El proteoma es el conjunto completo de proteínas producidos
por un organismo o sistema, y el estudio de las mismas tanto sus estructuras como sus funciones. La
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reacción entre alquinos terminales y azidas ha influido mucho dentro del campo de las proteomas.
Las reacciones click se han aplicado dentro de este grupo para conocer los perfiles de actividad de
las proteínas (ABPP) y la modificación post-traslacional. Se incluye dentro de este grupo los
inhibidores de enzimas, que ya se ha comentado anteriormente.
ABPP ha emergido como un método de proteomas dirigido hacia el análisis funcional de las
proteínas en los proteomas. Generalmente el diseño de ABPP se divide en tres partes: [66]
- Grupo reactivo en el sitio activo que dirige la sonda a dicho sitio activo y provoca la reacción
covalente con la proteína.
- Unidad de lectura, que suele ser un fluoróforo o una biotina para la lectura directa de la
actividad de la proteína.
- Molécula de unión o espaciador para minimizar la disrupción de la unidad marcada en la
reactividad o reconocimiento de la proteína en la unidad reactiva o en ocasiones sirve como
elemento de reconocimiento.
El uso de CC en este campo, se justifica por la alta especificidad que no precisa grupos
protectores, y las características estructurales y enlaces de hidrógeno del anillo triazol. El grupo de
trabajo de Cravatt empleó las reacciones click como método de unión en la síntesis de rodamina y
rodamina-biotina marcada, a partir de productos naturales. Así, pudieron observar la selectividad de
la carboxiesterasa-1 en los proteomas de un corazón de ratón. Del mismo modo, el grupo de trabajo
de Thompson utilizó CC para unir rodamina marcada mediante enlace covalente al inhibidor de la
argina deiminasa 4 (PAD4) a fracciones de fluoro y cloroacetamina (Figura 11). La PAD4 es una
enzima implicada en la artritis reumatoide. Con este estudio se ha podido demostrar la especificidad
por el calcio ligado de la enzima en su forma activa. [66,69]
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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Figura 11. Estructura de la forma activa PAD.
Las modificaciones post-traslacionales (PTM) (Figura 12) incluyen la incorporación de azúcares,
lípidos, fosfatos, etc. La comunicación intracelular tiene un papel importante en la metástasis del
cáncer. Esta comunicación está controlada por la glicosilación de las proteínas, que a pesar de ser
muy frecuente dentro de las células eucarióticas no está muy estudiada debido a la presencia de
azúcares en la sangre y la dificultad de marcarlos. Por eso, para solventar el problema de la
visualización de la glicosilación se han empleado reacciones bioortogonales. En un principio se
empleó la reacción de Staudinger, pero entre otros problemas, la velocidad de reacción es lenta, por
ello se emplea CC ya que es veinte veces más rápida. Reutter y su grupo de trabajo introdujeron N-
propanoil-D-manosamina (sintetizada previamente) en la membrana y en glicoproteínas del suero,
demostrando que la incorporación de un azúcar análogo artificial ligeramente modificado escoge
diferentes vías metabólicas. [66,70,71]
R
h
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Figura 12. Esquema metabólico, incorporación de azúcares análogos de ácidos grasos seguido por
proceso de marcación utilizando química click. A: incorporación a la superficie de la célula; B:
incorporación intracelular.
Dímeros de la Daunorubicina (Figura 13) fueron sintetizados empleando CC. [58] La distancia entre
los monómeros dependía de las moléculas de unión que se empleasen, siempre conteniendo el grupo
triazol. El hecho de generar dímeros, fue debido a la necesidad de encontrar intercaladores de ADN
más potentes y de menor toxicidad. [72] Los productos obtenidos se aplicaron en células cancerosas
observándose que la distancia entre monómeros era crucial para la actividad del dímero.
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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Figura 13. Dímero de daunorubicina sintetizado vía química click.
La reacción de cicloadición de azida y alquino catalizada por cobre, se utilizó para unir varios
azúcares, incluidos compuestos antitumorales. Se tuvieron en consideración datos existentes que
mostraban que el hexámero β-D-glucosamina tenía una actividad antitumoral leve, para sintetizar una
glucosamina C3 simétrica (1,6)-N-acetil-β-D-glucosamida octadecasacárido. La síntesis implicó el uso
del triazol, obteniéndose un sacárido trivalente (Figura 14) con mayor capacidad inhibitoria que el
monómero.
Figura 14. Oligosacárido trivalente con mayor capacidad inhibitoria.
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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3. REACCIONES CLICK: FÁRMACOS PARA EL CÁNCER DE MAMA
El cáncer de mama es una de las enfermedades más extendidas sobre todo entre la población
femenina, por ello el diseño y síntesis de derivados del triazol para desarrollar nuevos fármacos,
menos tóxicos y más efectivos ha sido uno de los campos más estudiados y desarrollados dentro de
la investigación farmacológica. La versatilidad de la reacción click ha impulsado y fundamentado
muchos de estos nuevos fármacos, como los que se citan a continuación.
3.1. SÍNTESIS
3.1.1. Inhibidores de la tirosina quinasa
Cómo ya hemos visto, los inhibidores de algunas enzimas son agentes terapéuticos contra el
cáncer y específicamente contra el cáncer de mama. En concreto, en el año 2.011 el grupo de trabajo
de Kumar [73,74] se centró en los inhibidores de las tirosina quinasas, sintetizando series de dos clases
de 3-fenil-pirazolopirimidina conjugado con 1,2,3-triazol (Figura 15) empleando reacciones click. El
objetivo era conocer si influían el tipo de residuos hidrofóbicos de los compuestos de 1,2,3-triazol
sustituidos en el N1 de 3-fenil-pirazolopirimidina. Esta influencia estaba relacionada con la posibilidad
de unirse a los aminoácidos de los centros activos y formar cadenas: αC o αD, y cómo contribuían a
la potencialidad inhibitoria. Los compuestos sintetizados se evaluaron en carcinomas de mama (MDA-
MB-361).
Figura 15. Estructura de un inhibidor de tirosina quinasa.
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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En el cáncer de mama se puede sobreexpresar el EGFR (receptor de factor de crecimiento
epidérmico), por lo que es un analito conocido para el desarrollo de fármacos contra esta enfermedad.
Como se ha visto un tipo de cáncer de mama está relacionado con HER2, por lo que el grupo de
Cheng [73,75] en el año 2.007 se centró en buscar inhibidores de HER2. Sintetizaron mediante
reacciones click, una serie de derivados de 4-aril-5-ciano-2-h-1,2,3-triazol, los cuales llevaban un
grupo fenilo en la posición 4. Todos los compuestos presentaron bioactividad frente a HER2 tirosina
quinasa. Hubo un compuesto (Figura 16) que presentó un valor IC50 de 6.6 µM para la inhibición de
la fosforilación de las tirosina quinasas HER2 en células de cáncer mamario y un valor de IC50 30.39
µM para inhibición del crecimiento de las células de cáncer de mama MDA-MB-453 (carcinoma).
Figura 16. Inhibidor sintético de la tirosina quinasa con alta bioactividad.
3.1.2. Antimetabolitos
El ADN juega un papel básico dentro del desarrollo del cáncer de mama, y los nucleósidos son
piezas fundamentales en el código genético. Derivados de estos nucleósidos como los
azacompuestos (Figura 17), análogos en los cuales un átomo de nitrógeno desplaza al oxígeno del
anillo de la furanosa, tienen actividad terapéutica incluida actividad anticancerosa.
Figura 17. Estructura química de un azacompuesto. Ferodesine (antimetabolito). [76]
Reacciones click: síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama
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La actividad de los azanucleósidos había sido estudiada, sin embargo nadie se había centrado en
los compuestos 1’-homo-3’-isoazanulceosidos, por ello se decidió sintetizar derivados de este
compuesto, utilizando química click, y estudiar su efecto contra el cáncer frente diversas células
cancerosas entra las que se encontraban células mamarias. En este caso se empleó química click
con radiación microondas, obteniéndose 11 compuestos con diferente rendimiento. La figura 18
muestra la reacción llevada a cabo, la cual permite una cicloadición que proporciona solo uno de los
dos regioisómeros con buen rendimiento.
Figura 18. Síntesis de 11 derivados 1’-homo-3’-isoazanucleosidos vía click. R = arilos y alquilos terminales.
Estos compuestos fueron evaluados in vitro frente a células de cáncer de mama (MCF-7),
utilizando el cisplatino como elemento de control positivo y como método de ensayo MTT.
Solamente hubo dos compuestos (Figura 19) que mostraron unos considerables efectos citotóxicos.
[76]
R= R=
Figura 19. Sustituyentes de los dos compuestos con mayor actividad citotóxica.
3.1.3. Agentes antiproliferativos
Se sintetizaron vía click una serie de híbridos de 1,2,3-triazol-1,4-benzoxacina (Figura 20), para
estudiar la actividad antiproliferativa que tenían frente a células cancerosas. Los 14 híbridos
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sintetizados se obtuvieron con altos rendimientos, empleando RMN para determinación de sus
estructuras.
+
Figura 20. Síntesis click de híbridos de 1,2,3-triazol-1,4-benzoxacina. Condiciones de reacción: CuSO4.5H2O, ascorbato
sódico, THF:H2O (1:1), 24h.
De nuevo la valoración de actividad antiproliferativa fue estudiada in vitro, frente a células
cancerosas entre ellas MDA-MB-231 (mama). Se obtuvo la actividad inhibidora del crecimiento,
correspondiendo estos valores a la concentración del compuesto que causa 50% de disminución del
crecimiento celular (IG50), comparándolo con fármacos estándar (Doxorubicina y Paclitaxel). Así, para
las células mamarias, se determinó un compuesto (Figura 21) con IG50=1.1±0.04 (Figura 21). [77]
Figura 21. Estructura sintetizada con menor IG50.
3.1.4. Inhibidores de la mitosis
La tubulina es esencial durante la mitosis, por ello un fallo o interrupción de su función puede llevar
a la división y posible apoptosis de las células. Los microtúbulos son heterodímeros formados por β
y α-tubulina, siendo el mayor componente del citoesqueleto. Estos heterodímeros, recientemente han
sido objeto de estudio para el desarrollo de fármacos contra el cáncer de mama, siendo el objetivo
principal, encontrar nuevos microtúbulos más específicos, con menos toxicidad e insensibles a
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mecanismos de resistencia química. Stefely y su grupo de trabajo [73,78] obtuvieron una serie de N-
((1-bencil-1H-1,2,3-triazol-4-il)metil)arilamidas como matriz para obtener nuevos agentes
antimicrotúbulo empleando cicloadición catalizada por cobre. Todos los compuestos tenían cierta
actividad contra el crecimiento de células cancerosas. Sin embargo entre todos estos inhibidores,
hubo uno (Figura 22) que dio un valor de IC50 de 46nM contra células de mama cancerosas (MCF-7).
Figura 22. Agente microtúbulo sintetizado mediante reacción click.
En el año 2.011, el grupo de trabajo de Manach [73,79] sintetizó lo que denominaron en un principio,
posibles sustitutos del taxol, el cual es un estabilizador de microtúbulos antitubulina. Esta síntesis se
llevó a cabo mediante dos reacciones consecutivas, en primer lugar una β-glicosación
estereoselectiva y en segundo lugar una cicloadición (CC) de estructuras aromáticas. ( podrias haber
añadido una figura para mostrarlo)
El uso de CC para la síntesis de fármacos contra el cáncer de mama, lleva a realizar previamente
estudios con diferentes productos pertenecientes a la misma familia, como ha ocurrido con la
berberina. La berberina (Figura 23) es un fármaco natural que se emplea para diversas enfermedades,
entre ellas el cáncer de mama. El problema que presenta es su baja absorción en el intestino.
Figura 23. Estructura de la Berberina.
Por ello se planteó un estudio para aumentar dicha absorción, así se sintetizaron diferentes
derivados con grupos bencil por medio CuAAC (cicloadición azida-alqueno catalizada con Cu) ( Figura
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24). En concreto, se sintetizaron 33 compuestos, cuyas estructuras fueron dilucidadas mediante RMN
(1H, 13C) y MS.
Figura 24. Ruta general de síntesis de derivados de berberina empleando CuAAC.
La actividad citotóxica fue determinada en células cancerosas de mama, MCF-7, obteniéndose
que la mayoría de los compuestos sintetizados tenían mejor IC50 que la berberina natural, la cual tiene
un IC50 121.91±11.26µM. Sin embargo destacaron dos compuestos, aquellos que tenían como
sustituyentes terc-butilo y 1,3,5-triclorosustituyente en el grupo fenilo. Estos dos compuestos
(Figura 25) presentaron mayor actividad anticancerosa y menor citotoxicidad frente a células sanas.
[80]
a)
b)
Figura 25. Compuestos sintetizados con menor actividad citotóxica, a) IC50 12.57±1.96 b) IC50 15.80±2.14.
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3.1.5. Agentes intercalantes
Los agentes intercalantes, sustancias que se encajan entre las bases a lo largo del ADN inhibiendo
la transcripción y replicación, son objeto de estudio, ya que es necesario conocer más a fondo su
interacción con el ADN y repercusión en su actividad los cambios estructurales. En este caso para el
estudio se parte de naftalimida, sintetizando dos series de 3-1,2,3-triazol-1,8-naftalimidas (Figura 26).
La síntesis fue llevada a cabo por reacción click uniendo 1,2,3-triazol en vez del grupo amino a la
naftalimida.
Figura 26. Estructuras de las dos series de derivados 1,2,3-naftalimidas sintetizados. [81]
La actividad antitumoral de las dos series fue evaluada in vitro contra células MCF-7 (células de
cáncer mamario humano), Hela (células de carcinoma cervical humano), y 7,721 (célula de cáncer de
hígado humano) mediante el ensayo de MTT. Los resultados IC50 indicaron que citotoxicidad de los
compuestos mejoró. Siendo los compuestos 5a-5e los que resultaron ser más citotóxicos contra las
células MCF-7, sobre todo el compuesto 5a con un valor IC50=0.301. [81]
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3.2. SISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN DE FÁRMACOS (Drug Delivery)
Los agentes quimioterapéuticos son la terapia más empleada para el cáncer de mama, sin
embargo producen muchos efectos secundarios, lo que a menudo obliga a administrar dosis menores
de las necesarias por lo que el tratamiento puede fallar. De ahí la necesidad de estudiar e implantar
nuevos sistemas de liberación de estos agentes que puedan discriminar entre células sanas y células
cancerosas. [82] Algunos sistemas de liberación han sido utilizados para aumentar la solubilidad
acuosa y estabilidad de los agentes y proporcionar un grado de selectividad en sus efectos
terapéuticos. [6]
Los sistemas de liberación están formados por tres componentes: un componente que dirige el
sistema con ligandos que presentan afinidades por moléculas expresados en las células cancerosas,
una carga útil de fármacos y una estructura a nano-escala a la cual la fracción que dirige y la fracción
de carga están unidas. Hay un gran número de tipos de administración dirigida de fármacos:
conjugados fármaco-diana, polímeros lineales, transportadores basados en lípidos (liposomas y
micelas), nanotubos de carbono, nanopartículas inorgánicas, nanopartículas magnéticas,
nanopartículas de oro y dendrímeros (Figura 27). [63,82]
Figura 27. Nanosistemas para la administración de fármacos. [83]
Todos estos nanosistemas marcados pueden suministrar fármacos tanto de forma activa (Figura
28) como de forma pasiva (Figura 29). El sistema pasivo de liberación de fármacos marcado mejora
la permeabilidad y el efecto de retención permite aumentar la deposición de los nanovehículos en el
tumor. Sin embargo en el sistema activo, la liberación se consigue con conjugación covalente en la
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superficie de la nanopartícula, del ligando o del anticuerpo, identificando entonces el receptor
específico de la célula cancerosa. [84]
Figura 28. Sistema pasivo e liberación de fármacos. [83]
Figura 29. Sistema activo de liberación de fármacos. [83]
En la actualidad los sistemas de administración de fármacos más destacados y desarrollados para
el cáncer de mama incluyen: liposomas, micelas poliméricas y dendrímeros. El aumento de la
duración de la actividad terapéutica de estos sistemas de administración es debido a que estas
macromoléculas tienen mayor retención y acumulación ya que se produce un deterioro del drenaje
linfático del fluido intersticial del tejido canceroso. [6]
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3.2.1. LIPOSOMAS
Los liposomas son macromoléculas formadas por bicapas de fosfolípidos que pueden encapsular
un fármaco activo. Los fosfolípidos, son moléculas lineales que por un extremo son polares y por el
otro apolares, de ahí que se agrupen para formar los liposomas de forma esférica, confiriendo una
gran estabilidad a la vesícula, y encapsulando un medio acuoso. [6] Diferentes tipos de fármacos
pueden ser encapsulados por liposomas, aquellos que sean hidrofílicos dentro de la vesícula y los
lipofílicos dentro de la bicapa de lípidos. Son empleados para transportar fármacos contra el cáncer
ya que aumentan la solubilidad acuosa, minimizan la toxicidad del fármaco, producen un mejor control
de liberación y aumentan el tiempo de residencia en el plasma.
En los últimos años varios liposomas han sido aprobados por la FDA para uso clínico. Sin embargo,
este transportador de fármacos aún no ha alcanzado todo su potencial; todavía hay algunos aspectos
que se deben optimizar. Entre estos aspectos, se encuentran estrategias más eficientes para conjugar
fracciones para dirigir los liposomas, como péptidos o anticuerpos. La reacción entre ácidos
carboxílicos y aminas primarias para formar enlaces amida, es uno de los métodos más empleados.
La ventaja de este método es que el ligando no precisa una modificación previa, sin embargo en
ocasiones le falta especificidad. También se han estudiado enlaces de hidrazona para la conjugación,
implicando una leve oxidación de grupos hidroxilo a aldehídos.
La baja estabilidad de los liposomas ha llevado a desarrollar los denominados liposomas stealth o
estéricamente estabilizados. Para la síntesis de estos liposomas se recurrió al recubrimiento con
polímeros hidrofílicos y flexibles, como por ejemplo el polietilenglicol, el cual es completamente
biocompatible (Figura 30). La presencia de PEG (polietilenglicol) en la superficie de los liposomas
entorpece la adsorción de proteínas, por lo que en vivo su semivida es mayor. Debido al carácter
anfipático que presenta el PEG y sus derivados, debe añadirse en bajas proporciones, ya que,
cantidades elevadas dan lugar a estructuras micelares. Por otra parte la proporción de éstos derivados
va afectar a la eficacia de encapsulación, al tamaño del liposoma y a la liberación del material
encapsulado. [85]
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PEG -PE
Poli(acriol morfolina)-PE
Figura 30. Estructura de algunos polímeros utilizados para la preparación de liposomas estabilizados.
Existen también los polimerosomas [86], se trata de vesículas huecas formadas por una doble
membrana formada por copolimeros y bloques de grupos anfifílicos. Presentan ventajas frente a los
liposomas, como una mayor estabilidad cuando es baja la concentración micelar crítica, también es
menor la permeabilidad. Existen los llamados inmunoliposomas: se trata de sistemas liposomales con
anticuerpos funcionales en la bicapa lipídica, los cuales liberan el fármaco cuando se fijan en la célula
cancerosa.
Utilizando reacciones click, Schuber y su grupo de trabajo [63,87,88,89] desarrollaron una estrategia
para conjugar ligandos de manosa a las superficies de liposomas. Los liposomas conjugados se
dirigen de forma específica a las células dañinas. En esta estrategia (Figura 31):
i. Un lípido con alquino terminal se incorporó al liposoma.
ii. Un derivado de manosil sin protección fue funcionalizado con un grupo azida y conjugado a
la superficie del liposoma en un solo paso.
iii. Cantidades catalíticas del sistema ascorbato / CuSO4 no fueron suficientes para impulsar
CC. Por ello se tuvo que añadir un agente estabilizador para proteger el Cu en estado de
oxidación (I), de esta manera se obtuvo una reacción con un alto rendimiento y un tiempo
de reacción de una hora.
n
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Figura 31. Síntesis vía click para la funcionalización de liposomas con manosa. [87]
El grupo de trabajo de Cavalli [63,90] investigó la modificación in situ superficial de los liposomas
con CC (Figura 32).
i. Una mezcla de alquino-terminal 1,2-dioleoil-sn-glicerol-3- fosfoetanolamina, 1,2-dioleoil-
sn-glicerol-3-fosfocolina, y una rodamina lisamina derivado de DOPE (1,2-dioleoil-sn-
glicero-3-fosfoetanolamina) (DOPE-LR) se sometió a ultrasonidos, para preparar
liposomas unilamenares que llevan grupos alquino terminal en su superficie.
ii. A continuación, un derivado de azida funcionalizado con nitro-benzoxadiazol, N3-Lys
(NBD) –NH2, y CuBr eran añadido a la solución. La reacción se completó en 4 horas, sin
cambios importantes en el tamaño de los liposomas.
Figura 32. Síntesis de la modificación in situ superficial de los liposomas empleando química click. [90]
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3.2.2. MICELAS POLIMÉRICAS
Las micelas poliméricas son nanoestructuras esféricas, caracterizadas por un tamaño de 20-100
nm (similar a las lipoproteínas y virus). [86] En medio acuoso, están formadas por copolímeros
compuestos de segmentos hidrófilos e hidrófobos El núcleo es hidrófobo, lo que facilita el transporte
de fármacos hidrófobos, ya sea por medio de enlaces covalentes o no covalentes, como interacciones
hidrófobas e interacciones iónicas, mientras que la envoltura hidrofílica las estabiliza y las hace
solubles en agua. La corona además de conferir el carácter hidrófilo protege la micela. Estas
propiedades fisicoquímicas controlan el comportamiento biológico de la micela, incluyendo su
biodistribución in vivo y su biocompatibilidad. [6]
Micela Liposoma
Figura 33. Diferencia estructural entre las micelas y los liposomas.
Las micelas son utilizadas para la liberación de fármacos ya que confieren las siguientes ventajas:
poseen un diámetro adecuado para el periodo prolongado de vida media en la sangre, esto es debido
a que no son eliminadas vía renal debido precisamente a su tamaño y por tanto la actividad del
fármaco continúa después de una única dosis; alta solubilidad en agua; muy buena estabilidad
estructural, no producen acumulación a largo plazo. La toxicidad provocada por la acumulación del
fármaco es evitada ya que éste circula por la sangre dentro de las micelas.
Los fármacos hidrofóbicos se pueden cargar en la micela por:
- Medios físicos: disolución directa, diálisis, emulsión O/W, conjugación química,
complejación y diversos métodos de evaporación del disolvente siendo los dos primeros
los más utilizados para fármacos razonadamente hidrosolubles.
- Acoplamiento covalente del fármaco al bloque hidrófobo para lograr un mayor control
sobre la velocidad de liberación del fármaco.
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Estudios preclínicos mostraron que micelas poliméricas cargadas con adriamicina [6] se acumulan
preferentemente en tejido tumoral que en órganos con tejido o células sanas, mostrando por tanto un
aumento de la actividad terapéutica y minimizando la toxicidad. Estas micelas poliméricas están
dirigidas contra un tejido canceroso específico mediante el acoplamiento covalente de moléculas de
azúcar, transferina, y el ácido fólico como agentes dirigentes, provocando la apoptosis de las células
cancerosas. Se han funcionalizado micelas empleando la adición de Michael de tioles a olefinas
activadas [86]. Los grupos de trabajo de An y Stucky [91] combinando la adición de Michael y CuAAC
llevaron a cabo la funcionalización del núcleo y de la capa externa de la micela polimérica. La capa
externa de la micela (65-95nm) se preparó por precipitación de NIPAM (N-isopropilacrilamida),
utilizando un preformado de polímero PDMA (Poli(N,N-dimetilacrilamida)) RAFT (cadena de
transferencia reversible adición-fragmentación) (CTA). Grupos de tritiocarbonato se localizaron en el
núcleo junto con NIPAM, mientras que los bloques de PDMA, los cuales tienen grupos azido forman
la capa externa. El núcleo de la micela puede ser funcionalizado con una fluoresceína o-acrilato a
través de un solo paso de aminólisis/adición de Michael, mientras que la capa externa se marcó con
una sonda de dansyl por medio de CuAAC (Figura 34).
Figura 34. Preparación de micelas funcionalizadas mediante la secuencia aminólisis/adición Michael/CuAAC. [86,91]
3.2.3. DENDRÍMEROS
Los dendrímeros son moléculas poliméricas con formas bien definidas, de tamaño nanoscópico
(1-20nm) [92] y propiedades fisicoquímicas que les otorgan las funciones terapéuticas para las que se
les utiliza. Representan una clase única de polímeros que se caracteriza por una arquitectura de
ramificación de árbol y con una alta densidad de grupos funcionales en su superficie, si lo
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comparamos con las proteínas poseen un mayor volumen hidrodinámico. Su estructura se caracteriza
por estar compuesta por:
- Superficie multivalente con un alto número de potenciales sitios reactivos.
- Armazón exterior justo por debajo de la superficie, son capas concéntricas o capas de
amplificación.
- Un núcleo, que determina el tamaño, forma, dirección y multiplicidad.
Los dendrímeros, en su mayoría, están formados por más de una capa (G1, G2, G3, etc.), es muy
importante que la síntesis de cada una de estas capas se finalice correctamente para mantener la
pureza y por tanto la monodispersidad del dendrímero [93,94]. Se trata de macromoléculas ideales
para ser portadoras de agentes terapéuticos, dada su arquitectura y el gran número de grupos
funcionales en su superficie. Dendrímeros PPI (Polipropilenimina) (Figura 35) [95] y PAMAM
(poliamidoamina) (Figura 36) [96] contienen aminas primarias en su superficie y muestran
conformaciones extendidas a pH ácido debido a las repulsiones electrostáticas entre las aminas
terciarias protonadas en el interior y entre las aminas primarias de la superficie. A pH básico se
produce un plegamiento como consecuencia de los puentes de hidrógeno entre las aminas terciarias
interiores y las aminas primarias de la superficie, resultando un núcleo denso.
Figura 35. Estructura de un dendrímero PPI. [97]
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Figura 36. Estructura de un dendrímero PAMAM (fuente www.sigmaaldrich.com).
La funcionalización de los dendrímeros es de gran interés para el desarrollo de nuevos o mejores
métodos de administración de fármacos, ya que influyen en la solubilidad y otras características
biológicas. Se puede aplicar por tanto la química CuAAC para la funcionalización de dendrímeros con
carbohidratos, péptidos y nucleótidos [98] entre otras moléculas de interés en química farmacéutica.
Aplicando la reacción click se han llegado a preparar dendrímeros a partir de unidades repetidas
que llevan funcionalidades ortogonales, evitando pasos de activación de intermedios. Los grupos de
Hawker y Malkoch [98,99] han utilizado esta estrategia para la preparación de éter bencílico y
dendrímeros bis-MPA (ácido 2,2-bis(metilol)propionico) combinando CuAAC (CuSO4, ascorbato,
THF-H2O, 40°C) y etapas eterificación/esterificación (Figura 37) El grupo de Kakkar [98,100] ha
combinado dos reacciones click: CuAAC y Diels-Alder, para la síntesis de dendrímeros (Figura 38, c).
Figura 37. Modelo de cascada de esterificaci´pon aplicando química click. [99]
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Figura 38. Síntesis de dendrímeros empleando CuAAC y Diels-Alder; a) síntesis de fósforo dendrímeros que implican
enlaces de hidrazona [98,101,102], d) síntesis dendrimero de sexta generación por la combinación de TEC (luz
ultravioleta, 365 nm, THF) y CuAAC (CuSO4, ascorbato, THF-H2O). [98,103]
Otro ejemplo es la síntesis de dendrímeros por CC fundamentada en la química tiol-eno. Se basa
en la reacción entre un alqueno terminal y un tiol, cuyo mecanismo de reacción puede ser a través de
radicales libres o mecanismo nucleofílico. En la mayoría de los casos, es necesario un iniciador de
radicales para llevar la reacción hasta su final. En particular, en estudios recientes [93] se utilizó 2,2’-
metoxi-2-fenilacetofenona en cantidades subestequiométricas. Se puede llevar a cabo en diferentes
disolventes, generalmente en atmósfera inerte para evitar reacciones secundarias que impliquen
oxígeno molecular. La reacción click basada en tiol-eno es una de las más recientes herramientas
empleadas ya que tiene una gran tolerancia hacia otro tipo de reacciones y se empleado para la
síntesis de dendrímeros con varias capas. En concreto se ha empleado química tiol-eno en la
modificación de poli-oxazolinas o poli-butadienos con tioles para construir glicodendrones. [70]
Síntesis de la cuarta generación de dendrímeros empleando la química tiol-eno, para construir la base
y funcionalizar los extremos. A partir del núcleo 2,4,6-trialiloxi-1,3,5-triazina. La reacción fue llevada a
cabo a temperatura ambiente, utilizando radiación UV (365nm) durante 30 min. Las reacciones-tiol-
eno en ausencia de disolvente bajo condiciones de reacción benignas y sin el uso de cualquier
catalizador de metal permite un proceso respetuoso con el medio ambiente, para la síntesis de
macromoléculas. La reacción Diels Alder (reacción de un dieno y un dienófilo) también se ha aplicado
Núcleo
dendrimero
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para la síntesis de dendrímeros vía click. Mullen [104] popularizó el uso de ciclopentadienona como el
dieno para construir dendrímeros ricos en carbono. La reacción Diels-Alder también se utiliza para
sintetizar macromoléculas biocompatibles, a pesar de que las altas temperaturas pueden causar
problemas. Para solventar este inconveniente se emplean sustratos altamente activos, siendo furano
y antraceno los más empleados. [93]
Los dendrímeros son buenos portadores también, porque no son tóxicos, atraviesan barreras
biológicas, como la barrera hematoencefálica, membranas celulares, intestino, pared vascular, etc.
Son altamente estables, permaneciendo en circulación el tiempo necesario para tener el efecto clínico
deseado. Existen algunos estudios en los que se describe la encapsulación molecular de fármacos
como adriamicina y 5-fluoruracilo. [85]
Aunque las micelas poliméricas, los dendrímeros y los liposomas sean los sistemas más
estudiados y aplicados, esto no quiere decir que no existan otros sistemas de liberación. Se pueden
emplear sistemas gelificados (hidrogeles) aplicados directamente en el tumor (in situ), lo que evita los
efectos sistémicos. [105] Estos sistemas sin embargo presentan limitaciones tales como la necesidad
de utilizar para su síntesis disolventes orgánicos o iniciadores químicos, además de ser incompatible
con algunos fármacos contra el cáncer como doxorubicina, daunorubicina o ciclofosfamida. Para
salvar estas limitaciones, se ha estudiado el hecho de ensamblar nanopartículas como péptidos a
estos hidrogeles. Un ejemplo es hidrogel peptídico derivado del oxiplatino sintetizado vía CC. Estos
péptidos tienen la capacidad de funcionalizarse sin interferir en el autoensamblaje con el hidrogel.
Así, las secuencias de péptidos, tales como Arg-Gly-Asp (RGD) y Asn-Gly-Arg (NGR) han hecho
importantes contribuciones en la administración dirigida de fármacos. Las secuencias cortas de
péptidos son interesantes debido a que se pueden sintetizar a gran escala, pueden ser modificados
y no son inmunogénicos. No obstante, los péptidos RGD lineales pueden ser degradados por las
proteasas por lo que sus análogos cíclicos son mucho más estables. Han sido sintetizados análogos
cíclicos pentapéptidos de NGR y RGD través de resina vía química click. Estos péptidos cíclicos
(Figura 39) contienen una unidad de triazol, por lo que están menos predispuestos a ser atacados por
enzimas hidrolíticas o esterasas. [106]
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Figura 39. Síntesis vía química click de péptido cíclico. [106]
3.2.4. APLICACIONES EN LA TERAPIA DEL CANCER DE MAMA
Una vez vistos los sistemas de administración de fármacos, los cuales pueden ser sintetizados vía
click y aplicables a fármacos para el tratamiento del cáncer de mama, se detallan ejemplos más
concretos.
3.2.4.1. Liposomas
Uno de los ejemplos del uso de liposomas para la administración de un fármaco contra en cáncer
de mama es el Doxil®. Se trata de una formulación liposomal de doxorubicina (antibiótico). El Doxil®
combina fosfolípidos para formular un liposoma con PEG, cuyas cadenas se utilizan para recubrir la
superficie del liposoma con un polímero hidrófilo. Así se repelen las proteínas plasmáticas y se
minimiza su unión a la superficie del liposoma. La ventaja de este sistema es que se minimiza la
captura de los liposomas por el sistema reticular endotelial en órganos sanos. Por otro lado, estos
liposomas gracias al PEG aumentan su tiempo de residencia en el plasma y por tanto se incrementa
la capacidad para acumularse en tejidos tumorales. [98]
La HU (hidroxiurea) (Figura 40) es un fármaco muy empleado como agente quimioterapéutico
frente al cáncer de mama. Uno de los métodos para mejorar su efectividad y disminuir los efectos
secundarios, es el empleo de liposomas como agente transportador. En el estudio llevado a cabo, se
comparó la citotoxicidad de la HU libre y la HU encapsulada en liposomas, observándose que, al
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principio la liberación de HU de los liposomas era relativamente rápido, pero más tarde esta liberación
se ralentizó. Es decir, durante las 28 horas que duró el estudio, la mayor tasa de liberación se produjo
en las dos primeras horas. En cuanto a la citotoxicidad, los resultados mostraron que la HU
encapsulada en liposomas tenía un IC50 mucho menor que el fármaco libre. [107]
Figura 40. Hidroxiurea (agente antineoplásico inhibidor de la síntesis de ADN).
Paclitaxel (1.1.5. Tabla 6) es uno de los fármacos utilizados para tratar el cáncer de mama, sin
embargo a pesar de sus efectos terapéuticos produce efectos secundarios no deseados. Por ello se
propuso desarrollar un sistema de liberación del fármaco basado en lípidos a nanoescala. En este
caso, [108] se utilizó como elemento transportador arqueosomas Se trata de lípidos transportadores
cuya estructura está constituida por arqueobacterias. Los lípidos de arqueas están constituidos por
arcaeol (diéter) y/o caldarcaeol (tetraeter) (Figura 41), estructuras de núcleo que normalmente están
ramificadas y cadenas saturadas de 20-40 átomos de carbono, unidas mediante enlaces éter a los
carbonos sn-2,3 del esqueleto de glicerol.
Figura 41. Estructura del arqueol diéter.
Los arqueosomas son biocompatibles y biodegradables además de no ser tóxicos. Las ventajas
que presentan estas estructuras de lípidos frente a otras estructuras es que tienen buena estabilidad
frente a la oxidación, el incremento de pH, y pueden hacer frente a las sales biliares y a las lipasas.
La liberación del fármaco se estudió en intervalos de tiempo empleando diálisis, obteniéndose que es
relativamente lenta y el uso de arqueosomas como agentes de administración de fármacos tiene un
papel importante en la desaceleración de la tasa de liberación del fármaco. Los resultados obtenidos
muestran que el efecto de citotoxicidad del paclitaxel-arqueosomal es mayor (IC50 80.8±1.37) que el
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efecto del paclitaxel estándar (IC50 166.9±2.9), debido entre otras características que confiere la
cobertura de lípidos, a que la liberación del fármaco sea menor que la del fármaco estándar. [108]
3.2.4.2. Micelas
Para la liberación de fármacos de elevada toxicidad como doxorubicina, metotrexato y
camptotecina se han utilizado micelas poliméricas basadas en polímeros de aminoácidos L-aspártico.
Este tipo de micelas y aquellas constituidas por polímeros de polióxido tienen una amplia aplicación
dado a las modificaciones químicas que permiten que se les haga en el núcleo, permitiendo una mejor
carga del fármaco a transportar. [85]
El grupo de trabajo de Shoichet [86,109] desarrolló una ruta para la síntesis de micelas utilizando
la cicloadición Diels-Alder. Se preparó y ensambló un furano anfifílico como dieno terminal. Los grupos
furano reaccionaron con el anticuerpo modificado anti- HER2, que se emplea como fármaco para el
cáncer de mama. Con este método se superaban las deficiencias que presentaba hasta entonces la
síntesis de micelas como la baja eficacia y la pérdida de actividad. Solo fue necesaria una pequeña
cantidad de anticuerpos anti-HER2 en la superficie de las micelas, mientras que existía un número
mucho mayor de cadenas de PEG-furano para acoplarse a la doxorubicina. Por tanto se desarrolló
un método para la liberación de agentes quimioterapéuticos y anticuerpos. [86]
Otro modelo de sistema de liberación de fármacos es la propuesta y desarrollada por el grupo de
Zhang [110] Para ello se utilizaron nanopartículas funcionalizadas con histamina (Figura 42) para que
puedan llegar a introducirse en las mitocondrias. Focalizar las mitocondrias como destino de los
compuestos quimioterapéuticos ha surgido por la necesidad de superar la resistencia a los fármacos,
ya que las células suelen protegerse de sustancias extrañas incluidas moléculas pequeñas de
fármacos y sistemas de liberación. Esta técnica de defensa se basa en el encapsulamiento de la
molécula extraña (endosomas, lisosomas) y posterior degradación, lo que hace que los fármacos
pierdan parte de su efecto terapéutico. Además, las mitocondrias desempeñan un papel vital en la
célula, ya que regulan diversas tareas, como la respiración celular (con consumo de oxígeno y
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glucosa) y la homeostasis celular. En el cáncer, con el crecimiento progresivo del tumor hay una gran
demanda de oxígeno y nutrientes.
Figura 42. Estructura química de la histamina.
En esta ocasión fueron sintetizados copolimeros anfifílicos funcionalizados con histamina. La ruta
sintética comenzó por una apertura de anillo seguida de post-funcionalización vía química click tiol-
eno iniciada por UV (Figura 43). La formación de las micelas de estos copolímeros funcionalizados
solo tiene lugar en metanol o en disolución acuosa.
Figura 43. Ruta sintética del co-polímero PAGE-b-PEO (poli(alil glicilil éter)-b-poli(etilenoxido)) y sus análogos. [110]
El estudio para la efectividad de la administración de fármacos in vitro, utilizando el ensayo MTT
bromuro de (3-(4,5-dimetiltiazol-2-ilo)-2,5-difeniltetrazol para evaluar la actividad mitocondrial. Las
células de cáncer de mama (MCF-7, MDA-MB-231, MDA-MB-468) fueron tratadas con doxorubicina
libre y con doxorubicina cargada en el polímero funcionalizado (DOX-NPs). El resultado obtenido fue
que el sistema de liberación del fármaco puede escapar de los lisosomas y endosomas y dejar el
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fármaco en el núcleo y la mitocondria en solo 2 horas. Mientras que el fármaco libre tarda 72 horas
en ejercer la misma eficacia. [110]
3.2.4.3. Dendrimeros
Kono y su grupo de trabajo [6,111] han desarrollado varios dendrímeros conjugados con el
Metotrexato que incorporan ácido fólico como agente de dirección. La selección del ácido fólico como
agente de dirección es un resultado de la sobreexpresión de los receptores de folato en la superficie
de muchos tipos de cánceres, lo que permite la orientación de estos dendrímeros conjugados con el
fármaco a las células cancerosas. La investigación demostró que el dendrímero conjugado marcado
con ácido fólico, se dirigió selectivamente a las células cancerosas, proporcionando una actividad
anticancerígena mayor si se compara con el fármaco solo.
En la Tabla 11, se destacan diferentes sistemas de administración de fármacos ya registrados,
comercializados y administrados en personas para el tratamiento del cáncer de mama.
Tabla 11. Sistema de administración de fármacos para el tratamiento de cáncer de mama. [83]
Sistemas
administración Fármaco Nombre
Micelas porliméricas Paclitaxel Genosol®-PM Cáncer de mama
Nanopartículas
Albumina-paclitaxel Abraxane® Metástasis cáncer de
mama
Paclitaxel Nanoxel® Cáncer de mama
avanzado
Polímero conjugado Paclitaxel Xyotec® Cáncer de mama
Doxorubicina PK1 Cáncer de mama
Liposomas
Doxorubicina Doxil® Metástasis cáncer de
mama
Doxorubicina Myocet® Cáncer de mama
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Laura Cieza Villafañe – TFM 62
CONCLUSIONES
Es una realidad que el cáncer es una de las enfermedades que afecta a un mayor porcentaje de
la población mundial llegando a causar la muerte. Dentro de los diversos tipos de cáncer que existen,
el de mama, es el más extendido entre la población femenina, y el que ha causado más muertes hasta
el día de hoy. No obstante, los avances tecnológicos, médicos, científicos y la evolución del papel de
la mujer en la sociedad, han permitido que cada vez se detecte antes esta enfermedad con una mayor
probabilidad para ser curada. Por lo que a pesar de seguir siendo una enfermedad que nadie quiere
padecer la motivación y esperanzas por superarla cada vez es mayor.
El progreso de los tratamientos frente al cáncer de mama, no se centra en el descubrimiento de
nuevos fármacos, sino, más bien, en obtener la máxima efectividad de los existentes evitando los
efectos secundarios que puedan producir. Y sobre todo, en una síntesis de fármacos más rápida e
inocua. Por ello, en los últimos años ha jugado un papel básico la reacción click dentro del mundo del
cáncer de mama.
La reacción click nace como una versión de la reacción de cicloadición Husgein, para poder ser
aplicada en diferentes campos, desde el terapéutico, como se ha visto en el presente trabajo hasta la
nanotecnología aplicada a la ingeniería. Una reacción versátil, modular, selectiva, con altos
rendimientos y capaz de sintetizar un amplio rango de, en este caso, fármacos para poder estudiar
su efectividad. La síntesis de fármacos para el tratamiento del cáncer de mama no es la única pieza
del tratamiento de la enfermedad que se ha visto beneficiada por la reacción click, también los
sistemas de liberación de fármacos han sabido aprovecharse de esta reacción, y esto se evidencia
en los ejemplos expuestos en los diferentes apartados del presente trabajo.
La evolución no se concibe sin investigación, la investigación no se concibe sin personas que
creen en lo que hacen y luchan por mejorar la vida o la salud de otros millones de personas. Aquí
hemos hablado de la reacción click y su aplicación concreta en el tratamiento del cáncer de mama,
pero existen otros muchos avances en química que han mejorado y mejorarán la calidad de vida las
personas, y espero que esto nunca se pierda porque si no se habrán perdido las ganas de evolucionar
y las ganas de mejorar el mundo.
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